劉 彤，陳 釩，冷彬爽，陳心慧，肖艷華

武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，綠色化工過程教育部重點實驗室（武漢工程大學(xué)），新型反應(yīng)器與綠色化學(xué)工藝湖北省重點實驗室（武漢工程大學(xué)），湖北 武漢 430205

利匹韋林是二芳基嘧啶（diaryl prrimidine，DAPY）衍生物，2011 年由FDA 批準(zhǔn)上市的新的非核苷類HIV-1 NNRTI，由Tibotec Therapeutics 公司研發(fā)［1］。利匹韋林通過非競爭性抑制HIV-1 逆轉(zhuǎn)錄酶（RT）從而抑制HIV-1 病毒毒株復(fù)制，達(dá)到治療艾滋病的作用［2］。目前利匹韋林和其他藥物聯(lián)用，效果良好［3-4］，尤其在與Dolutegravir聯(lián)用時，治療艾滋病的效果顯著［5-7］。經(jīng)過對利匹韋林中間體的合成調(diào)研［8］，本研究對其關(guān)鍵中間體4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）的合成路線進(jìn)行了優(yōu)化［9］。以往的合成有如下幾種：以尿嘧啶作為起始的原料，經(jīng)過氯代，親核取代，去甲基化，氯化過程得到1［10］。該反應(yīng)路線步驟較多，反應(yīng)時間較長，反應(yīng)總收率很低，不適合工業(yè)化生產(chǎn)（圖1）；以對氨基苯胍為起始原料，與乙氧基甲叉丙二酸二乙酯環(huán)合反應(yīng)，后經(jīng)過酸化脫羧過程得到1［11］，該路線起始原料價格昂貴，不適合工業(yè)化（圖2）；對氨基苯氰與氰胺合成對氨基苯胍，同時甲酸甲酯和乙酸乙酯發(fā)生取代反應(yīng)得到中間體：甲酰乙酸乙酯，兩者環(huán)合反應(yīng)得到1［12］，但取代反應(yīng)非定向得到甲酰乙酸乙酯，副產(chǎn)物難以分離，且甲酰乙酸乙酯不穩(wěn)定（圖3）。本研究在參考已報導(dǎo)方法的基礎(chǔ)上［13-15］，以S-甲基異硫脲硫酸鹽（2）與乙氧基甲叉丙二酸二乙酯（3）為原料環(huán)合成嘧啶環(huán)，再經(jīng)過堿水解，吡啶催化脫羧后，與對氨基苯氰縮合［16］得到目標(biāo)產(chǎn)物4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）（圖4）。此外考察了環(huán)合反應(yīng)中堿濃度，溫度和配料比的影響，脫羧反應(yīng)和取代反應(yīng)中催化劑的影響。在最佳反應(yīng)條件下，目標(biāo)產(chǎn)物總收率為

圖1 報道的合成路線1Fig.1 Reported synthesis route 1

圖2 報道的合成路線2Fig.2 Reported synthesis route 2

圖3 報道的合成路線3Fig.3 Reported synthesis route 3

圖4 1 的合成路線Fig.4 Synthetic route of 1

61.52%。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市科華儀器設(shè)備有限公司）；ZF-20D 暗箱式紫外分析儀（上海寶山顧村電光儀器廠）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE-52AA（上海亞榮生化儀器廠）；核磁共振波譜儀［Agilent 科技（中國）有限公司，400 MHz］；全自動熔點儀GM40（上海卓光儀器科技有限公司）。

S-甲基異硫脲硫酸鹽（純度≥98%）、對氨基苯氰（純度≥99%）、乙二醇二甲醚（純度≥99.5%）、三氟甲磺酸銅（II）（純度≥98%），以上試劑均購于武漢格奧公司。乙氧基甲叉丙二酸二乙酯（純度≥99.4%，上海鴻鵠生物醫(yī)藥公司）、氫氧化鈉（純度≥96%，天津進(jìn)豐化工有限公司）、乙醇、吡啶、環(huán)己烷、苯醚，以上試劑購于國藥集團(tuán)，均為化學(xué)純。

1.2 4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）的合成

1.2.1 4-羥基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的合成 將2（9.41 g，0.05 mol）投至圓底燒瓶中，緩慢滴加冷卻至室溫的氫氧化鈉溶液（7.11 mol/L），在室溫下攪拌反應(yīng)10~15 min，再緩慢滴加溶于乙醇的3（12.97 g，0.06 mol），持續(xù)反應(yīng)8 h，反應(yīng)完成后，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至燒杯中，用稀鹽酸酸化，使pH=2~3，濃縮反應(yīng)液，減壓抽濾，用冰水洗滌3 次，得白色固體9.65 g，收率90.18%。mp136~144 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：13.22（s，1H），8.42（s，1H），4.18（q，J=7.1Hz，2H），2.51（s，3H），1.23（t，J=7.1Hz，3H）。

1.2.2 4-羥基-2-（甲硫基）嘧啶-5-羧酸（5）的合成將4（9.65 g，0.045 mol）投至 圓底燒 瓶中，滴 加59.5 mL 的氫氧化鈉溶液（2.73 mol/L），回流反應(yīng)6 h，反應(yīng)完成后，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至燒杯，用稀鹽酸調(diào)節(jié)至中性，減壓濃縮反應(yīng)液后減壓抽濾，干燥濾餅至無質(zhì)量減少，得白色固體7.79 g，收率92.84%。mp234.8~205.7 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：13.49~12.60（m，1H），8.52（s，1H），2.54（s，3H）。

1.2.3 2-甲硫基-4-嘧啶酮（6）的合成 將5（4.65 g，0.025 mol）投至圓底燒瓶中，滴加10 mL 苯醚后再滴加8 mL 吡啶，回流反應(yīng)1.5 h，反應(yīng)完成后減壓回收吡啶，加入石油醚，用水分3 次洗滌石油醚溶液，合并水層后濃縮至干，得白色固體3.00 g，收率84.33%。mp202.8~203.7 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：12.66（s，1H），7.84（d，J=5.7 Hz，1H），6.07（d，J=6.2 Hz，1H），2.45（s，3H），熔點以及1H NMR 與文獻(xiàn)［15］報道數(shù)據(jù)一致。

1.2.4 4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）的合成 將6（3.00 g，0.21 mol）投至圓底燒瓶中，加入對氨基苯氰（2.71 g，0.02 mol）、三氟甲磺酸銅（1.38 g，0.004 mol）和20 mL 乙二醇二甲醚，回流反應(yīng)36 h，尾氣用次氯酸鈉溶液吸收，反應(yīng)完成后減壓回收溶劑，剩余物加水?dāng)嚢枥鋮s后，減壓抽濾，將濾餅干燥至無減重，得白色固體3.90 g，收率87.14%。mp307.6~308.4 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：11.25（s，1H），9.58（s，1H），7.92（s，1H），7.86（d，J=8.7 Hz，2H），7.71（d，J=8.9 Hz，2H），6.00（s，1H），熔點和1H NMR 與文獻(xiàn)［15］報道數(shù)據(jù)一致。

2 結(jié)果與討論

2.1 4-羥基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的工藝優(yōu)化

2.1.1 4-羥基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的正交實驗設(shè)計 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)2和3的物質(zhì)的量之比（A）（n2∶n3）、堿的用量比（B）（對比n2）、反應(yīng)溫度（C）、乙醇-水溶液體積比（D）（mL/mL）對反應(yīng)影響較大，對上述條件進(jìn)行正交優(yōu)化，設(shè)計正交表L9（34），以收率（Y）作為參考指標(biāo)。正交實驗設(shè)計的因素與水平見表1。

表1 正交實驗設(shè)計的因素與水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal experimental design

2.1.2 4-羥基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的優(yōu)化分析 此步所有條件和操作不變。實驗結(jié)果見表2，對極差分析可知，極差R大小排序為：C＞D＞B＞A，最小因素影響為A，因此A不列入變量范圍，以B、C、D為變量，進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表2 正交實驗結(jié)果Tab.2 Orthogonal experimental results

表3 方差分析結(jié)果Tab.3 Analysis of variance

極差分析結(jié)果表明：反應(yīng)溫度＞乙醇-水溶液體積量比＞堿的用量比＞物質(zhì)的量之比，方差分析中B、C、D的顯著性值分別為0.377、0.22、0.333，表明其顯著性非必定相關(guān)，從極差角度分析設(shè)計最優(yōu)實驗方案：A3B3C1D1，即S-甲基異硫脲硫酸鹽與乙氧基甲叉丙二酸二乙酯的物質(zhì)的量之比為1.0∶1.2，氫氧化鈉用量比為3.2，反應(yīng)溫度20 ℃，乙醇-水溶液體積量比為1.2，此時最高收率為66.78%，高于實驗結(jié)果。因正交實驗投入反應(yīng)物質(zhì)的量較少，后處理時產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移及過濾過程損失的百分比質(zhì)量相對大量實驗時高，所以在最優(yōu)條件下進(jìn)行放大實驗以減少后處理損失，最終得到收率90.18%。

2.2 2-甲硫基-4-嘧啶酮（6）的合成條件優(yōu)化

一般而言，不同物質(zhì)脫羧條件不同，常通過酸性、堿性、高溫、加催化劑等條件實現(xiàn)，本研究考察了5脫羧最適條件，如表4 所示，根據(jù)TLC 跟蹤實驗過程，結(jié)果表明在吡啶作催化劑時，副產(chǎn)物數(shù)量最少，所以使用吡啶作催化劑，苯醚做溶劑。

表4 脫羧反應(yīng)條件的研究Tab.4 Study on conditions of decarboxylation reaction

由于脫羧反應(yīng)無物料比問題，以吡啶作溶劑和催化劑，在以上研究基礎(chǔ)上設(shè)計了脫羧溫度的單因素實驗，由表5 可知：在215 ℃下，產(chǎn)物收率最高，達(dá)到55.17%；在230 ℃下，產(chǎn)物和副產(chǎn)物收率都下降，不在最適溫度范圍內(nèi)。副產(chǎn)物經(jīng)過鑒定為2-硫基-4-羥基嘧啶。后續(xù)用環(huán)己烷去除殘留吡啶、萃取等優(yōu)化后處理方式，將反應(yīng)放大數(shù)倍后收率達(dá)到84.33%。

表5 吡啶催化脫羧過程中溫度的影響Tab.5 Effect of temperature on catalytic decarboxylation of pyridine

3 結(jié) 論

設(shè)計出以S-甲基異硫脲硫酸鹽、乙氧基甲叉丙二酸二乙酯和對氨基苯腈為原料合成利匹韋林中間體4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈的新工藝。該工藝中，縮合反應(yīng)的最佳工藝條件為S-甲基異硫脲硫酸鹽、乙氧基甲叉丙二酸二乙酯和氫氧化鈉物質(zhì)的量之比為1.0∶1.2∶3.2、反應(yīng)溫度為20 ℃、混合溶劑中乙醇與水的體積比為1.2∶1；脫羧反應(yīng)的高效催化劑為吡啶，最佳溫度為215 ℃。經(jīng)優(yōu)化后合成4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈的總收率達(dá)到61.52%。